太牛了！南科大唯一单位发Nature，作者仅仅2人，独立一作+独立通讯

2025年2月，一篇来自深圳南科大的论文，让全球化学界集体失眠。

《Nature》编辑部罕见地打破常规，在正刊同期配发专题评论。审稿人给出的评价干脆利落："这项工作重新定义了主族元素催化的边界。"

而完成这项突破的，是一个仅有两名作者的研究团队，来自一所建校仅十余年的年轻大学。

一个"不可能"的催化循环

铝是地壳里最丰富的金属，占地壳总质量的8%以上。它比铁便宜，比铜轻便，储量几乎是无限的。

但在化学家眼里，铝有个致命的"缺陷"——它太稳定了。

自1859年人类首次合成有机铝化合物以来，整整166年，铝在催化领域只干一件事：当"酸"。铝(III)的路易斯酸性确实好用，但这无异于用航天发动机拉板车。

问题的根源藏在元素周期表里。铝的电负性在p区元素中垫底（1.61），这意味着它极易失去电子，一头扎进+3价的舒适区。而催化反应的精髓恰恰在于可逆的氧化还原——金属需要在不同价态间反复横跳，像摆渡船一样运送电子。

过渡金属能玩这套把戏，靠的是部分填充的d轨道。铝没有d轨道，它的s/p轨道要么全满要么全空，能级差距大得像峡谷。1991年，德国化学家Schnöckel好不容易分离出稳定的Al(I)物种，全世界都以为催化循环指日可待。

结果这一等，就是三十四年。

三十四年间，铝烯、二铝烯、铝基负离子相继问世，但它们无一例外停留在化学计量反应——就像造出了引擎，却装不上变速箱，永远跑不起来。

深圳方案：让氮原子"跳舞"

刘柳团队的解法，堪称配体化学的"太极功夫"。

2021年，他们在南科大创制了首例铝宾分子——卡宾的铝元素类似物。这个分子有个古怪特性："三位点双亲性"，既想给电子，又想抢电子，活像个化学界的"精神分裂患者"。

正是这份"分裂"，让它能与炔烃发生氧化加成。但真正的杀招藏在配体深处。

研究团队选用卡巴唑基作为配体骨架。这个结构中有个氮原子，它的几何构型会在反应过程中发生微妙翻转：从平面化（键角和358.2°）变为三角锥化（键角和331.3°）。

别小看这27度的弯曲。当氮原子保持平面时，铝中心被配体的芳环臂牢牢包裹，还原消除能垒高达71.3 kcal/mol，反应根本走不通；一旦氮原子"弯腰"，铝杂环庚三烯就被推出位阻口袋，能垒骤降至29.8 kcal/mol。

这种"构象自适应"仅需消耗5 kcal/mol能量，却像精准的分子开关，打通了Al(III)重返Al(I)的还原消除通道。用论文中的话说："配体的动态几何变化，是铝氧化还原催化得以实现的核心密码。"

硬碰硬的证据链

这项研究的硬核程度，从实验设计可见一斑。

研究团队没有急于上催化，而是用化学计量反应"步步为营"：铝烯与炔烃室温反应5分钟，生成铝杂环戊二烯；加入第二分子炔烃，8小时后定量得到铝杂环庚三烯；100°C加热5分钟，苯衍生物析出，铝烯再生。

三个关键中间体全部经单晶X射线衍射确证结构。动力学研究显示反应对催化剂呈一级、对底物呈伪零级，明确指向还原消除为决速步。DFT计算不仅解释了区域选择性（负电荷更集中的炔碳优先与铝作用），更量化了配体构型翻转的能量代价。

这种"证据链"的完整度，在主族化学领域极为罕见。

催化测试同样毫不含糊。温度必须精准控制在100°C——80°C收率仅35%，60°C只有8%。溶剂选择苛刻至极：苯、甲苯可用；氯仿、二氯甲烷会打断N-Al键；THF更是毒药，与中间体形成稳定加合物让催化彻底停摆。

但一旦条件到位，性能堪称惊艳。转化数最高达2290，远超此前二锗炔催化的15-35。区域选择性在多数底物上实现>95/5，部分达100/0，把经典的钼、钴、铁催化体系甩在身后。

为什么是南科大？

这篇论文的作者栏干净得惊人：南方科技大学化学系，唯一单位。通讯作者刘柳，第一作者张新，仅此而已。

没有跨国合作，没有大牛挂名，没有冗长的作者列表。这种"极简主义"在顶刊论文中反而成了异类。

刘柳团队的底气，来自长期的体系化积累。以南科大为通讯单位，课题组已发表Science 1篇、Nature 1篇、Nature Chemistry 1篇、Nature Synthesis 2篇，以及多篇JACS和Angewandte。他们专注于一个细分领域：双亲性主族元素分子的创制与转化。

这种"单点突破"的策略，在资源密集型的化学研究中显得尤为珍贵。当多数团队追逐热点、广撒网时，他们死磕铝化学的"硬骨头"，最终撬动了主族催化的板块边界。

铝的黎明，主族的时代

这项突破的深层意义，在于打破了"过渡金属中心主义"的催化范式。

现代合成化学建立在过渡金属催化之上，但钯、铂、铑、铱等关键元素在地壳中含量极低，开采提炼过程环境代价高昂。铝则完全不同——它廉价、无毒、储量无限，且回收体系成熟。

如果铝能承担部分过渡金属的催化功能，绿色化学将打开全新的想象空间。更深远的影响在于理论层面：它证明主族元素的氧化还原催化不是"不可能任务"，配体设计的创新可以弥补元素本征性质的不足。

正如《Nature》同期评论所言："铝未被开发的催化能力已被解锁。"这扇门的开启，或许预示着硅、锗、锡、铅等p区元素的集体觉醒。

从Schnöckel的Al(I)物种到刘柳的催化循环，三十四年的等待，一百六十六年的局限，在2025年的这个春天，被两位中国学者改写。

铝，这个被"浪费"了一个半世纪的超级金属，终于开始展现它真正的力量。